(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載されるエンジンの冷却水流路が、第一循環流路と第二循環流路とに分岐した並列流路に構成され、前記エンジンの冷却水が前記第一循環流路と前記第二循環流路とを共に流れ、
前記第一循環流路には、前記冷却水と前記エンジンの排気との間で熱交換を行うことで前記冷却水を加熱する排熱回収器と、前記排熱回収器の前記冷却水下流側に設けられ前記冷却水と熱交換を行うことでオイルを加熱するオイルウォーマとが設けられ、
前記第二循環流路は、前記冷却水を冷却するラジエータが介装された冷却流路と該冷却流路をバイパスするバイパス流路とにさらに分岐して設けられた排熱回収システムであって、
前記排気の前記排熱回収器への流入状態と前記排熱回収器を通過した直後の前記冷却水の温度とに応じて、前記排気の前記排熱回収器への流入を遮断する第一切替弁と、
前記エンジンを通過した前記冷却水の前記第二循環流路での温度が所定の開弁温度よりも低いときに、前記冷却水の前記ラジエータへの流入を遮断する第二切替弁とを備え、
前記第一切替弁が、
前記排気の前記排熱回収器への流入時、且つ、前記排熱回収器を通過した直後の前記冷却水の温度が前記開弁温度よりも高く、且つ、前記冷却水の許容温度よりも低く設定された第一温度以上である場合に、前記排気の前記排熱回収器への流入を遮断する
ことを特徴とする、排熱回収システム。
【請求項２】
前記第一切替弁が、前記排気の前記排熱回収器への流入遮断時、且つ、前記排熱回収器を通過した直後の前記冷却水の温度が前記開弁温度よりも低い第二温度未満である場合に、前記排気を前記排熱回収器に流入させる
ことを特徴とする、請求項１記載の排熱回収システム。
【請求項３】
前記ラジエータを冷却する冷却ファンをさらに備え、
前記第一温度が、前記冷却ファンの稼働が開始される前記冷却水の前記冷却流路での温度である冷却ファン稼働温度よりも低い温度である
ことを特徴とする、請求項１又は２記載の排熱回収システム。
【請求項４】
前記排気が流通する排気管を備え、
前記排熱回収器及び前記第一切替弁が、いずれも、前記第一循環流路及び前記排気管上に介装され、前記第一切替弁が前記排熱回収器の冷却水下流側に設けられ、
前記第二切替弁が、前記第二循環流路上に介装されている
ことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の排熱回収システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの排気の熱を冷媒を介して回収する排熱回収器の排熱回収システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車用エンジンの冷却水系統内に、エンジンの排気の熱（以下、排熱という）を回収する排熱回収器を備え、この排熱をエンジンの暖機促進や車室内の暖房等に利用する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。この排熱回収器は、エンジンの排気管の途中に配設されるとともに、内部に冷却水を流通させる流路を備えている。エンジンの冷却水は、排熱回収器の内部を流通する際に、エンジンの排気との間で熱交換されることにより排熱を回収する。
【０００３】
ここで、例えば、エンジンの冷間始動時に、エンジンの暖機運転を早期に完了させるための排熱回収システムの一例を図５に示す。図５に示すように、エンジン１の冷却水の流路１０上には、排熱回収器２、ラジエータ４、オイルウォーマ７及びウォータポンプ８が設けられている。また、冷却水をラジエータ４に流通させるか否かを切り替える冷却切替弁５が冷却水の流路１０の合流点に設けられ、排熱回収を行うか否かを切り替える排熱回収切替弁３′が排気管２０の合流点に設けられている。
【０００４】
冷却切替弁５は、冷却水の温度に応じて開閉動作することで、冷却水の流通する流路１０を変更する。具体的には、冷却切替弁５は、冷却水の温度が比較的低温の場合（例えば、エンジン１の冷間始動時）に閉弁して、冷却水をラジエータ４に流通させないようにし、エンジン１とラジエータ４との間での冷却水の循環を停止させる。これにより、エンジン１が速やかに暖機される。そして、冷却水の温度が冷却切替弁５の開弁温度Ｔ0に達すると、冷却切替弁５が開弁して、エンジン１とラジエータ４との間で冷却水を循環させる。これにより、ラジエータ４で冷却された冷却水がエンジン１に供給されるため、暖機後のエンジン１が高温になっても適温に冷却される。
【０００５】
排熱回収切替弁３′は、排熱回収器２の冷却水上流側に設けられ、排熱回収器２に流入する冷却水の温度に応じて、排気を流通させる排気管２０の経路を変更する。これについて、図６を加えて説明する。図６は、冷却水の温度に対する排熱回収切替弁３′の切り替えを示す図である。図６に示すように、排熱回収切替弁３′は、冷却水の温度が比較的低温の場合に開弁し、排気を排熱回収器２に流通させるように経路を切り替えて排熱回収を行う。これにより、冷却水が加熱され、エンジン１の暖機がより一層促進される。そして、冷却水の温度が排熱回収切替弁３′の閉弁温度Ｔ1′に達すると、排熱回収切替弁３′は閉弁して、排気を排熱回収器２に流通させないように経路を切り替え、排熱回収を停止する。これにより、冷却水が必要以上に昇温されることを防ぐ。
【０００６】
なお、この排熱回収切替弁３′の閉弁温度Ｔ1′は、上記の冷却切替弁５の開弁温度Ｔ0よりも低く設定され、ラジエータ４による冷却水の冷却を開始する前に排熱回収器２による排熱回収を停止する構成となっている。また、排熱回収を停止させた後、エンジン１の運転状態や気候等の影響により、冷却水の温度が排熱回収切替弁３′の開弁温度Ｔ2まで低下した場合は、排熱回収切替弁３′を再び開弁して排熱回収を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−１９２１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記のような排熱回収システムの場合、排熱回収を行うか否かを切り替える排熱回収切替弁３′が、排熱回収器２の冷却水上流側に設けられているため、排熱回収切替弁３′は、排熱回収器２を通過する前の冷却水の温度に応じて開閉動作を行う。そのため、排熱回収器２の直下流において、冷却水の温度が必要以上に昇温されて冷却水の許容温度を超えていても、それを検知することができない。
【０００９】
また、上記のような排熱回収システムにおいて、例えば、図５に示すように、排熱回収器２の下流側に排熱回収器２を通過して昇温された冷却水を利用してエンジンオイルやトランスミッションオイルを加熱するオイルウォーマ７が配設される場合がある。
エンジンオイルやトランスミッションオイルは、低温時には粘度が高く、フリクションが大きいため燃費の悪化要因となっている。オイルウォーマ７は、冷態始動時のように、エンジンオイルやトランスミッションオイルの油温が低い時に、これらオイルを加熱して早期に昇温することで、フリクションロスを低減して燃費の改善を図ることを目的としている。
【００１０】
しかしながら、システムの構成上、冷却水がエンジン１や排熱回収器２によって加熱されて昇温されやすい状況にあるのに対して、エンジンオイルやトランスミッションオイルは、昇温された冷却水を介して加熱されるため、冷却水に比べて昇温されるのが遅く（温度上昇が緩やかである）、十分に暖められるまでに時間がかかっていた。
それゆえ、上記の排熱回収システムのように、排熱回収切替弁３′の閉弁温度Ｔ1′を冷却切替弁５の開弁温度Ｔ0よりも低く設定していると、オイルウォーマ７によるオイル類の昇温が完了する前に排熱回収が停止されてしまうことがある。つまり、エンジンの暖機が完了してもオイル類が十分に昇温されていない場合がある。
【００１１】
本件はこのような課題に鑑み案出されたもので、冷却水の温度を適切に制御しつつ、排熱回収器による排熱回収時間を十分確保することによりオイルウォーマでのオイル類の加熱時間を十分確保できるようにした、排熱回収システムを提供することを目的の一つとする。
なお、この目的に限らず、後述する発明を実施するための形態に示す各構成により導かれる作用効果であって、従来の技術によっては得られない作用効果を奏することも本件の他の目的として位置づけることができる。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
（１）ここで開示する排熱回収システムは、車両に搭載されるエンジンの冷却水流路が、第一循環流路と第二循環流路とに分岐した並列流路に構成され、前記エンジンの冷却水が前記第一循環流路と前記第二循環流路とを共に流れ、前記第一循環流路には、前記冷却水と前記エンジンの排気との間で熱交換を行うことで前記冷却水を加熱する排熱回収器と、前記排熱回収器の前記冷却水下流側に設けられ、前記冷却水と熱交換を行うことでオイルを加熱するオイルウォーマとが設けられ、前記第二循環流路は、前記冷却水を冷却するラジエータが介装された冷却流路と該冷却流路をバイパスするバイパス流路とにさらに分岐して設けられた排熱回収システムであって、前記排気の前記排熱回収器への流入状態と前記排熱回収器を通過した直後の冷却水の温度とに応じて、前記排気の前記排熱回収器への流入を遮断する第一切替弁と、前記エンジンを通過した前記冷却水の前記第二循環流路での温度が所定の開弁温度（Ｔ0）よりも低いときに、前記冷却水の前記ラジエータへの流入を遮断する第二切替弁とを備える。
また、前記第一切替弁が、前記排気の前記排熱回収器への流入時、且つ、前記排熱回収器を通過した直後の前記冷却水の温度が前記開弁温度（Ｔ0）よりも高く、且つ、前記冷却水の許容温度（ＴMAX）よりも低く設定された第一温度（Ｔ1）以上である場合に、前記排気の前記排熱回収器への流入を遮断する。
【００１３】
（２）前記第一切替弁が、前記排気の前記排熱回収器への流入遮断時、且つ、前記排熱回収器を通過した直後の前記冷却水の温度が前記開弁温度（Ｔ0）よりも低い第二温度（Ｔ2）未満である場合に、前記排気を前記排熱回収器に流入させることが好ましい。
（３）前記ラジエータを冷却する冷却ファンをさらに備え、前記第一温度（Ｔ1）が、前記冷却ファンの稼働が開始される前記冷却水の前記冷却流路での温度である冷却ファン稼働温度（ＴFAN）よりも低い温度であることが好ましい。
【００１４】
（４）前記排気が流通する排気管を備え、前記排熱回収器及び前記第一切替弁が、いずれも、前記第一循環流路及び前記排気管上に介装され、前記第一切替弁が前記排熱回収器の冷却水下流側に設けられ、前記第二切替弁が、前記第二循環流路上に介装されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
開示の排熱回収システムによれば、排熱回収器を通過した直後の冷却水の温度がラジエータへの冷却水の流入を遮断する第二切換弁の開弁温度（Ｔ0）よりも高い第一温度（Ｔ1）以上となった場合に、排熱回収器への排気の流入を遮断するようにしたので、ラジエータに冷却水が流入されてからも排熱回収器を通過した直後の冷却水の温度が第一温度（Ｔ1）以上となるまでは、排熱回収を継続することができる。
【００１６】
すなわち、エンジンの暖機が終了してからもしばらく排熱回収を継続することができ、従来のものよりも排気の排熱回収器への流入時間を長く確保できる。したがって、排熱回収器の冷却水下流側に設けられたオイルウォーマに、開弁温度（Ｔ0）よりも高い温度の冷却水を供給することができるので、オイルをより早く昇温させることができる。これにより、オイル類の温度が低く粘度が高いことにより生じるフリクションロスを低減でき、燃費を改善することができる。
【００１７】
また、排熱回収器を通過した直後の冷却水の温度に応じて排気の排熱回収器への流入を制御しており、かつ第一切替弁が遮断される第一温度（Ｔ1）を冷却水の許容温度（ＴMAX）よりも低く設定しているので、排熱回収器により冷却水が過度に昇温されることがなく、適切に冷却水の温度を制御することができる。このため、排熱回収器への排気の流入時間が長くなるよう設定したとしても、冷却水の温度が許容温度（ＴMAX）を超えることを確実に抑制することができる。
【００１８】
また、第一切替弁が、排気の排熱回収器への流入遮断時、且つ、排熱回収器を通過した直後の冷却水の温度が第二切替弁の開弁温度（Ｔ0）よりも低い第二温度（Ｔ2）未満であるときに排熱回収器へ排気を流入させるようにすることで、外気温の低下や暖房要求の上昇により冷却水の温度が低下しすぎた場合にのみ、排熱回収を再開するようにしているので、暖機完了後の不要な排熱回収を抑制することができる。
【００１９】
また、第一温度（Ｔ1）が、冷却ファンの稼働温度（ＴFAN）よりも低く設定されている場合、冷却ファンの稼働温度まで冷却水が昇温される前に、第一切替弁により排気管の経路を排熱回収を行わない経路に切り替えられるため、冷却ファンの稼働率上昇を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】一実施形態にかかる排熱回収システムの全体概略構成図である。
【図２】一実施形態にかかる排熱回収システムにおける排熱回収切替弁の冷却水温度に対する開閉動作を示す図である。
【図３】一実施形態にかかる排熱回収システムを実施したときの、冷却水の温度変化を示す図である。
【図４】一実施形態にかかる排熱回収システムの効果を説明する図である。
【図５】従来の課題を説明するための排熱回収システムの全体概略構成図である。
【図６】従来の課題を説明するための排熱回収システムにおける排熱回収切替弁の冷却水温度に対する開閉動作を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
［１．構成］
以下、図面により実施の形態について説明する。なお、以下に示す実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。
本実施形態にかかる排熱回収システムは、エンジンの始動時だけでなく、エンジンを停止してから十分時間が経過し、冷却水の温度が十分低温になっている状態でエンジンを再始動する場合や、冬場で気温が特に低い地域において信号待ちや人待ち等でアイドリング運転をする場合等、冷却水の温度が低く、排熱回収により早期に冷却水の温度を昇温し、エンジンの暖機を早期に完了させたい場合に適用することが可能である。なお、ここでは、エンジンの冷間始動時に排熱回収システムを適用した例で説明する。また、背景技術で説明したものと対応する機器については、背景技術と同一の符号を付す。
【００２２】
図１に示すように、エンジン１の冷却水の流路１０上には、排熱回収器２、排熱回収切替弁（第一切替弁）３、ラジエータ４、冷却切替弁（第二切替弁）５、オイルウォーマ７及びウォータポンプ８が設けられている。排熱回収器２は、エンジン１の冷却水とエンジン１の排気との間で熱交換を行うことで冷却水を加熱する機器であり、ラジエータ４は、エンジン１の冷却水を冷却する機器である。
【００２３】
エンジン１には、エンジン１を駆動源とするウォータポンプ８により冷却水が送給される。この冷却水は、図示しないシリンダブロック及びシリンダヘッド内の流路を通過し、流路１０を循環してウォータポンプ８へ還流する。流路１０は、分岐点１５において第一循環流路１１と第二循環流路１２とに分岐しており、第一循環流路１１及び第二循環流路１２は並列流路に構成されている。また、第二循環流路１２は、さらに分岐点１６において冷却流路１２ａとバイパス流路１２ｂとに分岐し、これらも並列流路に構成されている。
【００２４】
第一循環流路１１上には、冷却水上流側から排熱回収器２、排熱回収切替弁３及びオイルウォーマ７がこの順に設けられている。第一循環流路１１を循環した冷却水は、合流点１７において第二循環流路１２と合流し、ウォータポンプ８の吸入側へ還流する。また、第二循環流路１２の冷却流路１２ａ上にはラジエータ４が介装され、バイパス流路１２ｂ上には何も設けられていない。冷却流路１２ａは、ラジエータ４の下流側にある合流点１８においてバイパス流路１２ｂと合流し、さらに下流側の合流点１７において第一循環流路１１と合流している。第二循環流路１２の合流点１８には、冷却切替弁５が介装されている。
【００２５】
排熱回収器２は、第一循環流路１１及びエンジン１の排気管２０上に介装されている。すなわち、排熱回収器２の中に第一循環流路１１及び排気管２０が導入されている。排熱回収器２は、エンジン１の排気が排気管２０を通って排熱回収器２を通過する際に、第一循環流路１１を通って排熱回収器２を流通する冷却水との間で熱交換を行い、冷却水により排熱を回収する。つまり、排気により冷却水を加熱している。
【００２６】
排気管２０は、排熱回収器２の排気上流側にある分岐点２１において、排熱回収器２を通過する経路（以下、排熱回収経路という）２０ａと、排熱回収器２をバイパスする経路（以下、バイパス経路という）２０ｂとに分岐して設けられている。排熱回収切替弁３は、排気管２０の分岐点２１上に介装されている。なお、この排熱回収経路２０ａとバイパス経路２０ｂは、排熱回収器２の排気下流側で合流する。
【００２７】
排熱回収切替弁３は、エンジン１の排気の排熱回収器２への流入状態と排熱回収器２を通過した直後の冷却水の温度とに応じて、排気の排熱回収器２への流入を遮断する、すなわち、排気の流通する経路を排熱回収経路２０ａとバイパス経路２０ｂとに切り替える弁であり、ここでは開閉式の弁で構成されている。
排熱回収切替弁３は、開弁時に排熱回収経路２０ａを開通させ、バイパス経路２０ｂを閉鎖することで、排熱回収経路２０ａに排気を流通させて排熱回収器２へ排気を流入させる。他方、排熱回収切替弁３は、閉弁時にバイパス経路２０ｂを開通させ、排熱回収経路２０ａを閉鎖することで、バイパス経路２０ｂに排気を流通させて排熱回収器２への排気の流入を遮断する。つまり、排熱回収切替弁３が開弁されていると排熱回収器２での排熱回収が実施され、排熱回収切替弁３が閉弁されると排熱回収が停止される。なお、ここでは、冷却水の温度は、排熱回収器切替弁３の構成の一部として設けられた図示しない温度センサにより取得する。
【００２８】
排熱回収切替弁３は、図２に示すように、エンジン１の冷間始動時は冷却水の温度が比較的低温のため開弁し、排熱回収経路２０ａにのみ排気を流通させて排熱回収器２へ排気を流入させる。このとき、排熱回収器２を通過した直後の冷却水の温度が、排熱回収切替弁３の閉弁温度（第一温度）Ｔ1に達すると、排熱回収切替弁３は閉弁し、バイパス経路２０ｂに排気を流通させて排熱回収器２への排気の流入を遮断し、排熱回収を停止する。この排熱回収切替弁３の閉弁温度Ｔ1は、冷却水の許容温度ＴMAXよりも低く、後述の冷却切替弁５の開弁温度（開弁温度）Ｔ0よりも高く設定される。なお、閉弁温度Ｔ1は、後述する冷却ファン稼働温度ＴFANよりも低く設定されるのが好ましい。
【００２９】
また、排熱回収切替弁３は、排気の排熱回収器２への流入が遮断されている時に、排熱回収器２を通過した直後の冷却水の温度が、冷却切替弁５の開弁温度Ｔ0よりも低く設定される開弁温度（第二温度）Ｔ2未満になると、排熱回収器２へ排気を流入させる。すなわち、排熱回収器２を通過した冷却水の温度が閉弁温度Ｔ1よりも上昇し、排熱回収切替弁３が一度閉弁し、その後冷却水の温度が低下して開弁温度Ｔ2に達すると、排熱回収切替弁３は開弁して排熱回収を再開する。
【００３０】
オイルウォーマ７は、排熱回収器２の冷却水下流側に設けられ、排熱回収器２を通過して昇温された冷却水と熱交換を行うことで、冷却水の熱によりエンジンオイルやトランスミッションオイル等のオイル類を速やかに昇温させるものである。ここでは、オイルウォーマ７は、図示しないエンジンオイルウォーマとトランスミッションウォーマとを有する。これらは、並列に配置されていてもよく、いずれかを上流側にして直列に配置されていてもよい。なお、オイルウォーマ７は、エンジンオイルウォーマ及びトランスミッションオイルウォーマのいずれか一方のみでもよい。
【００３１】
ラジエータ４は、冷却水によって回収されたエンジン１の熱を放熱する放熱器であり、エンジン１の冷却水を冷却する。ラジエータ４は、エンジン１の熱を回収した冷却水の温度がそれほど高くないときは、走行風により冷却水を冷却する。また、冷却水の温度が高温になった場合は、走行風だけでは冷却水の冷却を満足にすることができないため、ラジエータ４の近傍に設けられた電動式の冷却ファン６を稼働させる。冷却ファン６は、バッテリ（図示略）から電力供給を受けることにより回転駆動し、その回転によりラジエータ４に向けて空気の流れを形成する。これによりラジエータ４の放熱効果が高められ、ラジエータ４内の冷却水の冷却が促進される。
【００３２】
冷却ファン６が稼働し始める冷却水の温度（以下、冷却ファン稼働温度ＴFANという）は、冷却水の許容温度ＴMAXよりも低く設定されるが、冷却ファン６の稼働には電力（エネルギー）が必要なため、不用意に冷却ファン６が稼働しないよう比較的高い温度に設定される。また、冷却ファン６は、温度センサ１３により冷却水の温度が冷却ファン稼働温度ＴFANに達したことが検出されたら、後述するコントローラ９により駆動制御される。なお、温度センサ１３は、図１に示すように、分岐点１５の上流側の流路１０上に設けられていてもよく、第一循環流路１１上で排熱回収器２の上流位置や第二循環流路１２上で分岐点１６の上流位置に設けられていてもよい。
【００３３】
コントローラ〔Engine (electronic) Control Unit、以下、ＥＣＵという〕９は、エンジン制御や排気浄化制御等にかかる各種演算処理を実行するＣＰＵ、その制御に必要なプログラムやデータの記憶されたＲＯＭ、ＣＰＵでの演算結果等が一時的に記憶されるＲＡＭ、外部との間で信号を入出力するための入出力ポート等を備えて構成されている。コントローラ９には、温度センサ１３や図示しないエンジン回転数センサ等の各種センサによる検出結果が送信され、これらの検出結果に基づいて、コントローラ９はデバイス類を駆動制御する。
【００３４】
冷却切替弁５は、エンジン１の内部を通過した冷却水の温度に応じて開閉作動することで、冷却水のラジエータ４への流入を遮断する、すなわち、冷却水の流通する流路を冷却流路１２ａとバイパス流路１２ｂとに切り替える弁であり、ラジエータ４の下流の冷却流路１２ａとバイパス流路１２ｂとの合流点１８に設けられている。また、ここでの冷却切替弁５は、一般的なサーモスタットで構成され、機械的に流路を切り替えるようになっている。
【００３５】
冷却切替弁５は、開弁時に冷却流路１２ａを開通させ、バイパス流路１２ｂを閉鎖することで、冷却流路１２ａに冷却水を流通させてラジエータ４に冷却水を流入させる。他方、冷却切替弁５は、閉弁時にバイパス流路１２ｂを開通させ、冷却流路１２ａを閉鎖することで、バイパス流路１２ｂに冷却水を流通させてラジエータ４への冷却水の流入を遮断する。
【００３６】
冷却切替弁５は、エンジン１の冷間始動時には冷却水の温度が比較的低温のため閉弁し、バイパス流路１２ｂに冷却水を流通させ、エンジン１とラジエータ４との間における冷却水の循環を停止させる。また、冷却切替弁５を流通する冷却水の温度が、冷却切替弁５の開弁温度Ｔ0に達すると開弁し、冷却流路１２ａに冷却水を流通させてラジエータ４に冷却水を流入させ、エンジン１とラジエータ４との間で冷却水を循環させる。この冷却切替弁５の開弁温度Ｔ0は、エンジン１が適温に保持されるような温度（例えば８０[℃]程度）に設定される。また、冷却切替弁５は、上昇した冷却水の温度が再び低下し、ラジエータ４による冷却水の冷却が不要な温度に達すると、再び閉弁してエンジン１とラジエータ４との間における冷却水の循環を停止させる。
【００３７】
なお、ここでは、冷却切替弁５は、ラジエータ４の下流の合流点１８に設けているが、ラジエータ４の上流の分岐点１６に設けてもよい。
［２．作用］
本実施形態にかかる排熱回収システムは上述のように構成されているので、排熱回収器２による排熱回収は以下のように行われる。
【００３８】
図３に示すように、時刻ＡSにおいてエンジン１の始動を開始する。このときの冷却水の温度は比較的低温な温度ＴSである。排熱回収切替弁３は、冷却水が温度ＴSであることが検出されると、図２に示すように開弁して排熱回収経路２０ａに排気を流通させ、排熱回収器２へ排気を流入させることにより、第一循環流路１１を流通する冷却水との間で熱交換させて排熱回収を行う。これにより、第一循環流路１１を流通する冷却水が昇温され、この昇温された冷却水を利用して、排熱回収器２の下流側に設けられたオイルウォーマ７によってオイル類の昇温が行われる。
【００３９】
また、冷却切替弁５は、エンジン１の冷間始動時ＡSでは冷却水の温度が、開弁温度Ｔ0よりも低温のＴSであるため閉弁し、バイパス流路１２ｂに冷却水を流通させてラジエータ４への冷却水の流入を遮断し、エンジン１とラジエータ４との間における冷却水の循環を停止させる。これにより、ラジエータ４での冷却水の冷却が行われず、徐々に冷却水の温度は上昇して、エンジン１の暖機が妨げられることはない。
【００４０】
エンジン１の始動を開始して暖機が進められると、冷却水の温度も徐々に上昇し、時刻Ａ0では、冷却水の温度は冷却切替弁５の開弁温度Ｔ0に達する。このとき、冷却切替弁５が開弁して、冷却流路１２ａに冷却水を流通させてラジエータ４に冷却水を流入させ、エンジン１とラジエータ４との間で冷却水を循環させることにより、ラジエータ４では冷却水の冷却が開始される。しかし、この時点では、図２に示すように排熱回収切替弁３は開弁状態であり、エンジン１の冷却水は、一方ではラジエータ４により冷却され、他方では排熱回収器２により昇温される状態となる。
【００４１】
なお、このときラジエータ４では走行風による冷却のみ行われ、冷却ファン６は未だ稼働していない。そのため、冷却水はラジエータ４により冷却されながらも、排熱回収器２による排気と冷却水との間の熱交換、及び、エンジン１の熱により温度上昇し続ける。この間、オイルウォーマ７によるエンジンオイルやトランスミッションオイル等のオイル類の昇温が継続される。
【００４２】
排熱回収器２へ排気が流入しているこの状態で、冷却水の温度が排熱回収切替弁３の閉弁温度Ｔ1に達すると、排熱回収切替弁３は閉弁し、バイパス経路２０ｂに排気を流通させて排熱回収器２への排気の流入を遮断し、排熱回収を停止する。なお、閉弁温度Ｔ1は、冷却水の許容温度ＴMAXよりも低く設定されているので、排熱回収器２を通過した時点での冷却水の温度が、冷却水の許容温度ＴMAXを超えることはない。これにより、排熱回収器２内部での冷却水温度の上昇によるオーバーヒートが防がれる。
【００４３】
排熱回収が停止される時刻Ａ1では、図３中に実線で示すように、冷却水の温度は徐々に低下し、時刻Ａ2においてラジエータ４の開弁温度Ｔ0で略一定となり、冷却水の温度は適温に保たれる。そして、図３中に二点鎖線で示すように、外気温度の低下や暖房要求の上昇等、何らかの要因により冷却水の温度がラジエータ４の開弁温度Ｔ0よりも低下し、排熱回収切替弁３の開弁温度Ｔ2に達すると、排熱回収切替弁３は再び開弁し、排熱回収を再開する。なお、排熱回収切替弁３の開弁温度Ｔ2（排熱回収が再開される温度）をラジエータ４の開弁温度Ｔ0よりも十分に低い温度とすることで、暖機が終了した後の不要な排熱回収を行わないようにしている。
【００４４】
［３．効果］
次に、本排熱回収システムを適用することにより得られる効果について、図４を加えて説明する。図４は、本実施形態にかかる排熱回収システムを適用した場合及び上記背景技術で説明した従来の排熱回収システムを適用した場合の、エンジン１の冷間始動時の温度変化を模式的に示した図である。図４において、実線が本排熱回収システム、一点鎖線が従来の排熱回収システムを示す。
【００４５】
図１に示すように、排熱回収器２の冷却水下流側にオイルウォーマ７が設けられている場合、オイルウォーマ７ではオイル類の加熱に排熱回収器２を通過して昇温された冷却水が利用されるため、これらのオイル類は冷却水よりも温度上昇が緩やかであり、図４に示すように、オイルの温度上昇勾配は冷却水に比べて小さい。また、従来の排熱回収システムでは、排熱回収切替弁３′の閉弁温度Ｔ1′が、冷却切替弁５の開弁温度Ｔ0よりも低く設定されているため、排熱回収は冷却水の温度がＴ1′になるまでの間しか行われず、オイルが十分に昇温される前に排熱回収が終了してしまっていた。
【００４６】
これに対して、本排熱回収システムでは、排熱回収器２を通過した直後の冷却水の温度が冷却切換弁５の開弁温度Ｔ0よりも高い第一温度Ｔ1以上となった場合に、排熱回収器２への排気の流入が遮断されるので、ラジエータ４による冷却水の冷却が開始されてもなお排熱回収を継続することができ、排熱回収時間を長時間確保することができる。これに伴い、オイルウォーマ７には、開弁温度Ｔ0よりも高い温度Ｔ1以上に昇温された冷却水を長時間供給することができるため、エンジンオイルやトランスミッションオイル等のオイル類も十分に加熱することができる。この結果、オイル類の温度が低く粘度が高いことにより生じるフリクションロスを低減でき、燃費を改善することができる。
【００４７】
さらに、排熱回収器２を通過した直後の冷却水の温度に応じて、排気の排熱回収器２への流入を制御しており、しかも排熱回収切替弁３が遮断される閉弁温度Ｔ1を冷却水の許容温度ＴMAXよりも低く設定しているので、排熱回収器２により冷却水が許容温度ＴMAX以上に昇温されることがなく、適切に冷却水の温度を制御することができる。これにより、排熱回収器２への排気の流入時間が長くなるように設定したとしても、冷却水の温度が許容温度ＴMAXを超えることを確実に抑制することができる。
【００４８】
すなわち、本排熱回収システムは、単純に排熱回収時間を延長しただけのものではなく、冷却水の温度が過度に上昇しないように冷却水の温度を適切に制御しつつ、排熱回収時間を延長できるようにすることで、オイルウォーマでのオイル類の加熱時間を十分確保して、燃費の改善が図れるよう考慮したものである。
また、排気の排熱回収器２への流入遮断時、且つ、排熱回収器２を通過した直後の冷却水の温度が冷却切替弁５の開弁温度Ｔ0よりも低い開弁温度Ｔ2未満であるときに、排熱回収切替弁３が排熱回収器２へ排気を流入させることにより、外気温の低下や暖房要求の上昇により冷却水の温度が低下しすぎた場合のみ、排熱回収を再開するようにしているので、暖機完了後の不要な排熱回収を抑制することができる。
【００４９】
また、排熱回収切替弁３の閉弁温度Ｔ1が冷却ファン稼働温度ＴFANよりも低く設定されていれば、冷却ファン６が稼働する温度ＴFANまで冷却水が昇温される前に、排熱回収切替弁３が排気管２０の経路をバイパス経路２０ｂに切り替えるため、排熱回収がそこで停止される。これにより、冷却水の温度が冷却ファン稼働温度ＴFANまで昇温されることを抑制し、冷却ファン６の稼働率上昇を防ぐことができる。
【００５０】
また、本排熱回収システムは、排熱回収切替弁３以外のラジエータ４や冷却切替弁５等の機器を、従来の排熱回収システムで用いられていたものをそのまま流用することができるため、コスト増の抑制や構成の簡素化を図ることができる。
【００５１】
［４．その他］
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。
【００５２】
例えば、排熱回収切替弁３が冷却水の温度情報を取得する方法は、温度センサに変えて、サーモスタットで構成されていてもよい。すなわち、第一循環通路１１を流通する冷却水の温度に応じて作動するサーモスタットを第一循環通路１１上に介装し、排熱回収切替弁３がこのサーモスタットの作動に応じて開閉作動するように排気管２０に介装され、排気の流通する経路を切り替える構成としてもよい。
【００５３】
また、冷却切替弁５はサーモスタットに限られず、例えば、温度センサ１３の検出値に基づいて、コントローラ９により開閉動作される電磁制御弁で構成されていてもよい。
また、排熱回収切替弁３の閉弁温度Ｔ1は、冷却ファン６の稼働温度ＴFANよりも低く設定されていなくてもよい。この場合、冷却水の温度がＴFANに達すれば冷却ファン６は稼働するが、その分排熱回収時間をより長く確保することができる。
【符号の説明】
【００５４】
１  エンジン
２  排熱回収器
３  排熱回収切替弁（第一切替弁）
４  ラジエータ
５  冷却切替弁（第二切替弁）
６  冷却ファン
７  オイルウォーマ
８  ウォータポンプ
９  コントローラ（ＥＣＵ）
１０  流路
１１  第一循環流路
１２  第二循環流路
１２ａ  冷却流路
１２ｂ  バイパス流路
２０  排気管
２０ａ  排熱回収経路
２０ｂ  バイパス経路
Ｔ0  冷却切替弁の開弁温度（開弁温度）
Ｔ1  排熱回収切替弁の閉弁温度（第一温度）
Ｔ2  排熱回収切替弁の開弁温度（第二温度）
ＴFAN  冷却ファン稼働温度
ＴMAX  冷却水の許容温度
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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